Учебное пособие для учащихся
методическая разработка по теме

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И ИХ СПЛАВЫ

Медь

Свойства меди. Медь относится к металлам, известным с глубокой древности, хотя содержание ее в земной коре составляет всего 0,01%. Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, а также стойкостью против атмосферной коррозии. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Литейные свойства меди низкие. На свойства меди большое влияние оказывают примеси. Все примеси, кроме серебра и бериллия, значительно ухудшают электропроводность меди. Особенно вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород, которые снижают механические свойства меди.

       Для повышения прочности медь подвергают пластической деформации (прокатке, волочению и др.) или легируют небольшим количеством кадмия (1%).

Основные механические свойства отожженной меди следующие: предел прочности при растяжении σb = 20 - 24 кГ/мм2; относительное удлинение δ = 40 - 45%; твердость по Бринеллю НВ = 35 - 45.

Получение меди. Медь встречается в природе в самородном состоянии крайне редко. В основном медь получают из руд, где она находится в виде химического соединения с серой и железом (медный колчедан, медный блеск и др.) или в виде различных соединений с кислородом (куприт). Наиболее значительные месторождения медных руд в нашей стране находятся на Урале, Кавказе в Казахстане и Сибири. Медные руды обычно, кроме меди, содержат еще и другие металлы, такие, как свинец, цинк, сурьму, серебро, золото и др. Пустая порода медных руд состоит из песчаника, глины, известняка или из смеси их. Медные руды содержат от 1 до 5% меди, и перед плавкой их обогащают. После предварительного обжига для удаления избытка серы медные руды переплавляют на полуфабрикат - штейн, который содержит до 40% меди, и представляет собой сплав сернистых соединений меди и железа. Штейн подвергают бессемерованию в горизонтальных конверторах с боковым дутьем для получения черновой меда, содержащей

98,5 - 99,5% меди.

       Черновую медь рафинируют (очищают от примесей) огневым, а затем электролитическим способом.

       При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь и расплавляют в окислительной атмосфере. В процессе окисления из меди улетучиваются вместе с печными газами или переходят в шлак только те примеси, которые обладают большим сродством с кислородом, чем медь. Благородные металлы при огневом рафинировании остаются растворенными в меди.

После огневого рафинирования медь разливают в слитки или анодные пластины (для электролитического рафинирования).

       Анодные пластины подвергают электролизу для получения более высокой степени очистки меди и выделения из нее примесей благородных металлов.

Электролиз проводится в ваннах, в которые заливают электролит (водный раствор серной кислоты и раствор медного купороса). В электролит опускают анодные пластины из меди, содержащей примеси, и катодные листы из электролитической .меди. При пропускании постоянного тока через электролит аноды растворяются, а на катодных листах оседает чистая медь, Электролитическая катодная медь содержит до 99,999% меди.

Маркировка и применение меди. Медь маркируется буквой М, после которой стоит цифра (от 00 до 4). Чем больше цифр в марке меди, тем больше в ней примесей. Наивысшая марка М00 должна содержать примесей не более 0,01%. Низшая (по качеству) марка М4 содержит примесей до 1%.

Марки меди, их состав и назначение по ГОСТ 859—66:

Контрольные вопросы:

1. Свойства, получение, маркировка  и применение меди.

2. Охарактеризуйте физические и механические свойства меди.

3.  Можно ли из меди делать спирали электронагревательных приборов?

4.  Какой металл превосходит медь по электропроводности?

5.  Какую кристаллическую решетку имеет медь?

6.  Назовите медные руды.

7.  Для чего производится обогащение руд?

8.  Что такое черновая медь?

9.  С какой целью и какими способами черновую медь подвергают рафинированию?

10. Какие марки меди установлены ГОСТ 859 - 66? Назначение каждой из них.

11. Почему из меди марки М4 не изготавливают проводников электрического тока?

Задание:  

Во сколько раз отожженная сталь марки 45 прочнее отожженной меди?

Латуни

       Значительное количество меди используется для изготовления медных сплавов. Одними из самых распространенных сплавов на основе меди являются латуни.

Латуни - сплавы  меди с цинком, содержащие часто небольшое количество других элементов. Латуни дешевле меди и превосходят ее по прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Кроме того, латуни обладают хорошими литейными свойствами. Латуни, содержащие до 38% цинка, обладают высокой пластичностью и несколько большей прочностью, чем медь. При увеличении содержания цинка свыше 38% твердость латуней повышается, улучшаются литейные свойства, но понижается  пластичность. Латуни, содержащие более 45% цинка, не применяются из - за повышенной хрупкости.

       В зависимости от числа компонентов различают простые (двойные) и специальные (многокомпонентные) латуни. Как и все сплавы цветных металлов, латуни в зависимости от назначения разделяются на две группы:

литейные, из которых изделия получают способом литья;

обрабатываемые давлением (деформируемые), из которых получаются различные полуфабрикаты путем прокатки, ковки, штамповки и т.д.

       Простые латуни состоят только из меди и цинка. Принцип маркировки их следующий: впереди марки стоит буква Л (латунь), за ней стоят цифры, указывающие содержание меди в процентах. Например, Л85 - это латунь, содержащая 85% меди, остальное (15%) - цинк. Из всех латуней максимальную пластичность (δ = 55%) имеет латунь марки Л68. Вследствие высокой пластичности простые латуни обрабатываются давлением. Марки некоторых простых латуней и их механические свойства приведены в таблице. Простые латуни марок Л96 и Л90 (содержащие наибольший процент меди) называются томпаками.

       Специальные латуни, кроме меди и цинка, содержат обычно от 1 до 8% различных легирующих элементов, улучшающих механические свойства и коррозионную стойкость. У специальных латуней принято следующее обозначение легирующих элементов; олово - О; свинец - С; железо - Ж; марганец - Мц;

никель - Н; кремний - К; алюминий - А; мышьяк - Мш.

       Алюминий, марганец, никель повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней. Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость латуней резанием. Кремнистые латуни обладают хорошей жидкотекучестью, обрабатываемостью резанием и свариваемостью. Олово повышает коррозионную стойкость латуней в морской воде, а железо в сочетании с марганцем или алюминием придает латуням повышенную прочность и твердость.

       При маркировке специальных латуней за буквой Л ставят буквы, принятые для условного обозначения легирующих элементов. После первой цифры, указывающей среднее содержание меди, следуют цифры, указывающие соответствующее

содержание легирующих элементов в процентах.

Например, латунь марки ЛАЖ60 – 1 - 1Л — специальная латунь, содержащая

60% меди, 1% алюминия, 1% железа, остальное – цинк. Буква Л в конце марки указывает, что латунь литейная.

Простые латуни (отожженные)

Специальные латуни

Контрольные вопросы:

1. Охарактеризуйте свойства, состав и принцип маркировки латуней. Приведите примеры марок литейных латуней и латуней, обрабатываемых давлением, и укажите их назначение.

2. Как влияет на свойства латуней процентное содержание цинка?

3. Различие между простыми и специальными латунями.

4. Как влияют различные легирующие элементы на свойства латуней?

5. Различие между литейными латунями и латунями, обрабатываемыми давлением.

6. Почему томпаки обрабатываются давлением, а не отливаются?

7. Каков химический состав и назначение следующих марок латуней:

Л68,  ЛС59-1Л, ЛКС8С4-3,  ЛК80-3,  ЛЖМц59-1-1?

8. Какое количество компонентов имеет специальная латунь ЛА77-2Л?

Задание:  

Во сколько раз латунь марки Л63 прочнее и тверже отожженной меди?

Оловянные бронзы

       Кроме латуней, очень широкое применение в технике нашли сплавы на основе меди - бронзы.

Бронзой называется всякий медный сплав, за исключением латуни.

       По химическому составу бронзы делятся на оловянные и безоловянные (специальные). По своим технологическим свойствам бронзы можно разделить на деформируемые и литейные. Принцип маркировки бронз следующий: впереди стоят буквы Бр (бронза), после которых идет буквенное обозначение легирующих элементов с указанием содержания их в процентах.

Например, марка БрОЦСЗ-12-5 содержит 3% олова, 12% цинка, 5% свинца, остальное - медь.

      Оловянные бронзы представляют собой сплавы меди с оловом. Они обладают высокими механическими, литейными и антифрикционными свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и обрабатываемостью резанием, но имеют ограниченное применение из-за дефицитности и дороговизны олова. С увеличением содержания олова твердость бронз увеличивается, а вязкость снижается. Поэтому бронзы, содержащие олова свыше 5 - 6%, обычно отливаются.

       Для удешевления в большинство промышленных оловянных бронз вводят

5 - 10% цинка. Цинк в этих количествах растворяется в меди и не оказывает существенного влияния на структуру.

       Для улучшения свойств оловянных бронз в них вводятся свинец, улучшающий обрабатываемость резанием и повышающий антифрикционные свойства,

      и фосфор - для раскисления и повышения антифрикционности.

Контрольные вопросы:   

1. Охарактеризуйте свойства, состав, принцип маркировки и назначение оловянных   бронз.

2. Какие бронзы относятся к оловянным?

3. Как влияет па свойства бронз процентное содержание олова?

4. С какой целью к оловянным бронзам добавляют цинк, свинец, фосфор?

5.  Какой химический состав имеют бронзы БрОФ10-1, БрОЦСНЗ-7-5-1,

БрОЦС4-4-4?

6. Из каких марок бронз изготавливают антифрикционные детали: подшипники скольжения, втулки и т. д.?

7. Как отличаются друг от друга оловянные бронзы и простые латуни в отношении обработки ковкой, прокаткой, штамповкой?

Задание:

1. Из перечисленных ниже марок оловянных бронз укажите сначала литейные, а затем деформируемые бронзы: БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-4, БрО10, БрОЦСНЗ-75-1, БрОФ10-1, БрОФ4-0,25, БрОЦС5-5-5, БрОФ6,5-0,4. (Для ответа необходимо учитывать влияние олова на механические свойства оловянных бронз)

Специальные бронзы

       Специальные бронзы не содержат дефицитного олова. Они не только служат заменителями оловянных бронз, но в ряде случаев по своим механическим, антикоррозионным и технологическим свойствам превосходят последние. В зависимости от основного легирующего элемента специальные бронзы называются алюминиевыми, кремнистыми, бериллиевыми и т. д.

       Алюминиевые бронзы содержат обычно 4 - 11% алюминия. Они обладают более высокими по сравнению с оловянными бронзами механическими и антикоррозионными свойствами, но литейные свойства их ниже. Стоимость алюминиевых бронз значительно ниже стоимости оловянных бронз. Для повышения механических и антикоррозионных свойств в алюминиевые бронзы вводят железо, марганец, никель.

       Кремнистые бронзы (содержат обычно 0,6 - 3,5% кремния), легированные никелем, марганцем, по механическим свойствам приближаются к сталям. Они имеют хорошие литейные и антикоррозионные свойства, обладают достаточной упругостью и применяются для изготовления пружин, а также проволоки, полос, лент, прутков.

       Бериллиевые бронзы, содержащие 1,6 - 2,2% бериллия, после упрочняющей термической обработки (закалки старения) отличаются высокой твердостью, износоустойчивостью и упругостью. Они находят все большее применение в

технике. Недостаток бериллиевых бронз - высокая стоимость.

       Марганцовистые бронзы обладают высокой пластичностью и коррозионной

стойкостью, но имеют невысокие прочностные свойства. Марганцовистые бронзы сохраняют свои механические свойства при повышенных температурах до

400 - 500°С.

       Свинцовистые бронзы (содержат 27 - 30% свинца) являются хорошими антифрикционными сплавами и идут на изготовление подшипников скольжения.

Специальные бронзы

Контрольные вопросы:

1. Назовите виды специальных бронз. Для каждого вида укажите характерные свойства,  наиболее употребительные  марки и их назначение.

2. Какие бронзы называются специальными?

3. Почему специальные бронзы шире применяются в технике, чем оловянные?

4. Каковы преимущества и недостатки алюминиевых бронз по сравнению с оловянными?

5. Характерные свойства кремнистых, бериллиевых, марганцовистых и свинцовистых бронз

6. Почему бериллиевые бронзы все шире применяются в технике?

7. Каков химический состав имеют бронзы, указанные в таблице

8. Из каких специальных бронз делают антифрикционные детали?

9. Какая из бронз прочнее и почему: БрАЖ9 - 4 или БрАЖН10 - 4 - 4?

Задание:

Сравните механические свойства, (прочность, твердость и пластичность) алюминиевой бронзы марки Бр. АЖ9 - 4 и оловянной бронзы

марки Бр. ОЦС4 -4 - 17. У какой из этих бронз лучше свойства?

Алюминий

Свойства алюминия. Алюминий занимает третье место по распространенности  в земной коре после кислорода и кремния.

       Кристаллическая решетка алюминия - гранецентрированный куб. Алюминий обладает малым удельным весом, высокой электро- и теплопроводностью.

Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной пленки окиси алюминия.

Механические свойства отожженного алюминия следующие: σb = 80 - 100 Мн;

НВ = 20 - 25; δ =  50%.

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, литейные его свойства низкие.

Получение алюминия. Исходным материалом для производства алюминия служат алюминиевые руды (бокситы, нефелины и др.), содержащие окись алюминия

(Аl2 О3). Технологический процесс получения алюминия из руд в основном разделяется на два периода. Сначала от руды отделяют глинозем (Аl2О3), затем глинозем, предварительно растворенный в расплавленном минерале криолите, подвергают электролизу в специальных печах - ваннах для получения алюминия. Электролиз ведется при температуре 950 - 1000° С, напряжение тока 5 - 10 в, сила тока на одну ванну 100000 а.

Маркировка алюминия. По ГОСТ 11069 - 64 алюминий маркируется буквой А и цифрой, указывающей на содержание алюминия. Алюминий особой чистоты имеет марку А999. Содержание алюминия в этой марке не менее 99,999%.

Алюминий высокой чистоты выпускается следующих марок: А9995, А99, А97, А95. Содержание алюминия в них соответственно: 99,995; 99,99; 99,97; 99,95. Алюминий технической чистоты выпускается следующих марок: А85, А8, А7, А6, А5, АО, А и АЕ. Содержание алюминия в них соответственно: 99,85; 99,8; 99,7; 99,6; 99,5; 99,0; 99,0; 99,5%.

Применение алюминия. Алюминий особой и высокой чистоты применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока. Ввиду повышенной коррозионной стойкости алюминий применяется в пищевой и химической промышленности. Алюминий используется также в качестве раскислителя для производства стали, для алитирования стальных деталей с целью повышения их жаропрочности. Основная же масса алюминия технической чистоты расходуется на производство алюминиевых сплавов, которые благодаря малому удельному весу и достаточной прочности широко применяются в машиностроении и особенно в авиастроении.

             Литейные сплавы алюминия маркируются буквами АЛ и числом, показывающим условный номер сплава. Чтобы сплав обладал хорошими литейными свойствами, он должен иметь узкий температурный интервал кристаллизации.

Кроме того, желательно, чтобы он имел низкую температуру плавления. Этим требованиям удовлетворяют эвтектические сплавы. Наибольшее распространение получили сплавы алюминия с кремнием, образующие эвтектику при содержании 11,6% кремния. Эти сплавы называются силуминами. Широко применяется силумин АЛ 2, содержащий 10 – 12% кремния. Литейные сплавы алюминия с медью (АЛ 19 и др.) содержат до 6% меди и небольшое количество других элементов. Они отличаются повышенной прочностью и жаропрочностью при температуре до 300°С. Эти сплавы упрочняются закалкой и старением. Они хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Недостатком этих сплавов является низкая коррозионная стойкость.

      Литейные сплавы алюминия с магнием (АЛ 8 и др.) содержат до 13% магния и небольшое количество других легирующих элементов. Они характеризуются высокой коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Эти сплавы упрочняются закалкой без старения.

       Деформируемы сплавы алюминия применяются для изготовления проволоки, фасонных профилей и различных деталей, получаемых ковкой, штамповкой или прессованием. Эти сплавы делят на не упрочняемые термической обработкой и упрочняемые. К не упрочняемым относят сплавы алюминия с марганцем и магнием. Они обладают высокой коррозионной стойкостью, умеренной прочностью, высокой пластичностью, хорошо свариваются. Их применяют для изделий, эксплуатируемых в агрессивной среде, а также изготавливаемых путем глубокой штамповки: рам и кузовов, перегородок зданий, переборок судов, бензиновых баков и т.п. Их маркировка: АМц – сплавы алюминия с марганцем и АМг1, …АМг7 – с магнием.

       Деформируемые сплавы, упрочняемые термообработкой, имеют наибольшую плотность и высокую прочность. Их применяют для изготовления ответственных деталей. Наиболее распространенным сплавом этой группы является дуралюмин. Основным компонентом, упрочняющим дуралюмин, является медь (до 5%), в качестве дополнительных легирующих элементов используют магний (до 1%), марганец (до 2%), титан и др.

       Термообработка дуралюмина заключается в закалке при температуре

450 - 590°С, охлаждении в воде, а затем в выдержке при комнатной температуре в течении 4 – 5 суток (естественное старение). Дуралюмин маркируют буквой Д и порядковым номером: Д1, Д16, Д18. В результате термической обработки прочность повышается в два раза, а пластичность практически не меняется.

         Достоинством дуралюмина является высокая удельная прочность, что

особенно важно в самолетостроении. Недостатком дуралюминов является

пониженная коррозионная стойкость, особенно по отношению к межкристаллитной коррозии. Для повышения коррозионной стойкости листы дуралюмина плакируют техническим алюминием марок А7, А8.

       Высокопрочные сплавы алюминия содержат кроме меди и магния дополнительно цинк (до 10%). Эти сплавы маркируются буквой В (В95, В96).Эти сплавы обладают меньшей пластичностью, их можно использовать при температуре до 100 - 200°С, так как они не являются жаропрочными.

       Ковочные сплавы алюминия предназначены для производства деталей ковкой и штамповкой. Маркируются буквами АК и числом, показывающим порядковый номер. По химическому составу близки к дуралюмину (сплав АК1 совпадает по составу с Д1), иногда отличаясь более высоким содержанием кремния (АК6, АК8). Подвергаются аналогичной термообработке. Ковочные сплавы характеризуются высокой пластичностью и трещиностойкостью при горячей обработке давлением. Ковку и штамповку из этих сплавов производят при температуре 450 - 475°С

       Коррозионностойкие сплавы повышенной пластичности АВ (авиаль), АД 31,

АД 33 относятся к системе Al – Mg – Si. Они упрочняются закалкой. Применяются данные сплавы для изготовления лопастей и кабин вертолетов, в судостроении, строительстве.

       К жаропрочным алюминиевым сплавам относятся дуралюмины Д20, Д21, легированные дополнительно титаном, и сплав АК 4 – 1, легированный железом и никелем. Эти сплавы способны работать при температуре до 300°С, они хорошо деформируются в горячем состоянии, удовлетворительно свариваются, хорошо обрабатываются резанием. Для защиты от коррозии подвергаются покрытию лакокрасочными материалами. Отличаются высокой износостойкостью.

Сплав АК 4 – 1 используется для деталей реактивных двигателей.

       Сверхлегкие алюминиевые сплавы легируют литием, который имеет очень низкую плотность – 0,5г/см3. Применение этих сплавов позволяет снизить массу деталей, что особенно важно в сомолето – и ракетостроении.

Контрольные  вопросы:   

1.Свойства,  принцип  маркировки  и  назначения  алюминия.  Сущность  технологических процессов получения алюминия из руд.

2. Какие алюминиевые сплавы не упрочняются термической обработкой?

3. Назовите основные компоненты дюралюминиевых сплавов.

4. Какой термической обработке подвергаются дюралюминиевые сплавы?

5. Как повысить коррозионную стойкость дюралюминиевых сплавов?

Задание:

Охарактеризовать марки: Л 90;   Бр.ОФ 6 – 0,4;   А 95;   М1;   ЛО70 – 1;   Л 96;   Бр.КН 1 - 3;   А 85;   Д 18;   АЛ 2;   АК 8

Магний и его сплавы

Свойства магния и его применение. Содержание магния в земной коре составляет 2,1%. Магний – самый легкий из всех применяемых в технике металлов. Механические свойства его низкие. Магний неустойчив против коррозии. При температуре 550 – 600° С на воздухе он воспламеняется и сгорает ярко – белым пламенем.

        Магний применяется в металлургии для раскисления никеля и некоторых сплавов, а также в пиротехнике и фотографии для осветительного эффекта. Как конструкционный материал магний не применяется.

        В основном магний используется для получения сверхлегких магниевых сплавов, которые по назначению разделяются на деформируемые и литейные.

       Сплавы магния, их свойства, принцип маркировки и назначение. Благодаря малому удельному весу, достаточной прочности и хорошей обрабатываемости резанием магниевые сплавы широко применяются в машиностроении.    

       Самовоспламеняемость магниевых сплавов во время плавки устраняется плавкой их под слоем флюса. Для повышения механических и антикоррозионных свойств в магниевые сплавы вводят бериллий, титан, марганец и другие элементы, а также наносят на сплавы защитные покрытия. Прочность и твердость магниевых сплавов повышаются после термической обработки.

       Литейные свойства магниевых сплавов ниже, чем сплавов на основе алюминия.

Деформируемые магниевые сплавы маркируются буквами МА (магниевые деформируемые), а литейные - МЛ (магниевые литейные). Цифры, следующие за буквами, показывают порядковый номер сплава.

Марки, химический состав и примерное назначение

 некоторых магниевых сплавов 

Контрольные  вопросы:

1. Свойства магния и его сплавов. Укажите состав, принцип маркировки и назначение этих сплавов

2. Удельный вес и температура плавления магния.

3. Какую кристаллическую решетку имеет магний?

4. Почему магний не находит применения как конструкционный материал, а сплавы на его основе широко применяются в технике?

5. Состав,   принцип   маркировки   и   назначение   литейных   магниевых сплавов. 6. Назовите некоторые марки магниевых деформируемых сплавов и укажите их назначение.

7. Как предохранить магниевые сплавы при плавке и разливке от самовозгораемости и как повысить их коррозионную стойкость?

8. Почему магниевые сплавы в последнее время стали вытеснять алюминиевые сплавы в машиностроении, а особенно в авиации?

Задание:  

Пользуясь таблицей, ответьте на вопросы:

1. Какой сплав прочнее и во сколько раз: МА1 или Д1?

2. Какой сплав пластичнее: МА3 или Д16?

3. Какой сплав  легче: МА1 или Д16?

Титан и его сплавы

       По мировым запасам титан занимает четвертое место после алюминия, железа и магния. В земной коре содержится около 0,6% титана.

      Кристаллическая решетка титана при температурах до 882° С (α - титан), при  более высоких температурах  (β - титан).

       Из всех металлов, применяемых в технике, титан обладает наиболее высокой удельной прочностью (отношение прочности к плотности). По этому показателю титан значительно превосходит все цветные металлы и даже легированные стали. Так, например, технический титан, содержащий до 0,8% примесей, в отожженном

состоянии имеет следующие механические свойства: σb =  420- 560 Мн

δ = 27 - 28 %. Механические свойства титана зависят от содержания в нем примесей - кислорода, азота, углерода. Они повышают прочность и снижают пластичность титана. Вредной примесью для титана является водород. Он резко снижает ударную вязкость.

       Титан обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью. По коррозионной стойкости он не уступает нержавеющей стали и платине. Сочетание небольшого удельного веса с достаточной прочностью и отличной коррозионной стойкостью является важнейшим свойством титана как конструкционного материала. Недостатком титана как конструкционного материала является низкая теплопроводность и износоустойчивость. Технический титан обладает неплохими технологическими свойствами. Титан хорошо обрабатывается давлением, сваривается различными способами, Обрабатываемость титана резанием удовлетворительная, а литейные свойства низкие.

       Титан находит все большее применение в различных областях техники: в авиа- и ракетостроении, реактивной технике, судостроении, химической промышленности и в других отраслях, связанных с использованием коррозионно агрессивных сред. Титан используется как раскислитель стали. Карбид титана входит в состав твердых сплавов.

       Необходимость получения сплавов на основе титана обусловлена тем, что технический титан имеет сравнительно невысокую прочность при высоких температурах. Сплавы титана по сравнению с техническим титаном обладают более высокими механическими свойствами, жаростойкостью, более высокой коррозионной стойкостью. Пластичность и вязкость титановых сплавов ниже, чем у технически чистого титана. Наибольшее распространение в технике получили сплавы титана с алюминием, хромом, марганцем, ванадием, железом, молибденом и оловом.

Химический состав некоторых титановых сплавов

 в отожженном состоянии

       Сплавы титана широко используются в машиностроении, особенно в авиа- и судостроении. В турбореактивных двигателях самолетов из сплавов титана

изготавливают диски и лопатки компрессоров, лопасти кожухов, распорные кольца и другие детали. В целях экономии веса из титановых сплавов изготавливают некоторые массивные части самолетов (моторные рамы и др.). В судостроении сплавы титана применяют при изготовлении насосов, трубопроводов, гребных винтов. Широко применяются сплавы титана в химической (резервуары и трубопроводы для агрессивных жидкостей), медицинской (хирургический инструмент) и атомной (некоторые детали ядерных реакторов) промышленности. Большая масса титановых сплавов потребляется оборонной промышленностью.

Контрольные вопросы:

1. Дайте характеристику титана и его сплавов,

2. Охарактеризуйте важнейшие физические свойства титана.

3. Какие аллотропические модификации имеет титан?

4. Как  влияют примеси на механические свойства титана?

5. Чем объясняется широкое применение титана и его сплавов в технике?

6. В каких средах титан и его сплавы устойчивы против коррозии?

7. Приведите примеры марок легированных сталей, в которых имеется титан. Какова роль титана в них?

8. Преимущества титановых сплавов по сравнению с техническим титаном.

9. Приведите примеры марок титановых сплавов, укажите их химический состав и назначение.

10. Где применяются титановые сплавы?

Задание:

1. Во сколько раз удельная прочность титана выше, чем у алюминия, если плотность титана 4500 кг/м3, а алюминия 2700 кг/м3?

Подшипниковые сплавы

       Подшипниковыми (антифрикционными) называются сплавы, применяемые для изготовления вкладышей подшипников скольжения и других трущихся деталей.

Подшипниковые сплавы должны удовлетворять целому ряду требований:

а) иметь высокую износоустойчивость и малый коэффициент трения между валом и подшипником;

б) иметь достаточную пластичность для лучшей прирабатываемости к поверхности вала;

в) иметь твердость, достаточную для вкладыша как для опоры вала, но не вызывающую сильного износа самого вала;

г) обладать микрокапиллярностью, т. е. способностью удерживать смазку.

       Чтобы удовлетворять указанным выше требованиям, подшипниковые сплавы должны состоять из мягкой пластичной основы, в которую вкраплены твердые частицы. Вал опирается на твердые частицы, а более интенсивно истирающаяся мягкая основа образует сеть каналов, удерживающих жидкую смазку. Наилучшими антифрикционными свойствами из подшипниковых сплавов обладают баббиты.

Баббиты - белые легкоплавкие антифрикционные сплавы на основе олова, свинца и других металлов. Применяются баббиты для заливки вкладышей подшипников. Марка баббита начинается буквой Б (баббит), за которой следует либо цифра, указывающая среднее содержание олова в процентах, либо буква, обозначающая легирующий элемент. Буквы Т, Н, К, С обозначают наличие в баббите соответственно теллура, никеля, кальция и свинца.

       Наиболее качественными баббитами, применяемыми при тяжелых условиях работы и больших окружных скоростях, являются оловянные баббиты. Недостаток их - большое содержание дорогостоящего олова. Из оловянных баббитов наибольшее распространение имеет баббит марки Б83.

      Более дешевыми, но менее качественными являются свинцовистые баббиты (марки Б6, Б16 и др.). Свинцовистые баббиты применяются в менее ответственных случаях. Для повышения твердости к свинцовистым баббитам добавляют небольшое количество кальция и натрия. Кальциевый баббит марки БК - один из наиболее дешевых, он обладает неплохими антифрикционными свойствами, но легко окисляется в расплавленном состоянии. Из числа баббитов можно выделить также баббиты, легированные теллуром и никелем. Они отличаются повышенной пластичностью и вязкостью.

Состав и назначение баббитов

      Кроме баббитов, к числу материалов, обладающих антифрикционными свойствами, относятся:

а) антифрикционные чугуны, которые легируют хромом, никелем, титаном и другими металлами. Марки таких чугунов начинаются с буквы А. Например, серый чугун, легированный хромом и никелем, имеет марку АСЧ-1 (ГОСТ 1585 - 70). Вкладыши подшипников из чугуна применяют при небольших удельных давлениях и малой окружной скорости;

б) подшипниковые сплавы на медной основе - бронзы. Оловянные и свинцовистые антифрикционные бронзы хорошо прирабатываются, обеспечивают малый коэффициент трения в паре со сталью, выдерживают большие удельные давления и высокие скорости скольжения. Из них изготавливают втулки подшипников скольжения и другие трущиеся детали, например шестерни;

в) металлокерамические сплавы, изготавливаемые путем спекания под давлением порошков бронзы и графита или железа и графита. Втулки вкладышей из металлокерамических сплавов имеют пористое строение, что обеспечивает сохранение в них некоторого количества масла. Это снижает износ подшипников

и вала и уменьшает количество смазки. Недостатки металлокерамических подшипниковых сплавов - слабая сопротивляемость ударным нагрузкам и невозможность повторного использования;

г) неметаллические антифрикционные материалы - пластмассы, резина, пластифицированная древесина и др., которые применяются в качестве заменителей дефицитных металлических подшипниковых сплавов.

Контрольные вопросы:

1. На какие группы подразделяются подшипниковые сплавы? Для каждой группы

сплавов укажите свойства, особенности и назначение. Для баббитов укажите также принцип маркировки, классификацию и назначение отдельных марок.

2. Каким основным требованиям должны удовлетворять подшипниковые сплавы?

3. Какие подшипниковые сплавы называются баббитами? Как они маркируются и классифицируются?

4. Какие баббиты обладают наилучшими антифрикционными свойствами?

5. Как влияют легирующие элементы (кальций, теллур, никель) на свойства свинцовистых баббитов?

6. В каких случаях применяются подшипниковые сплавы из антифрикционных чугунов?

7. Назовите марки антифрикционных бронз и укажите их химический состав.

8. Преимущества и недостатки металлокерамических подшипниковых сплавов по сравнению с другими антифрикционными материалами.

9. Перечислите неметаллические  антифрикционные материалы.

Задание:

Из перечисленных марок металлических материалов выберите марки антифрикционных сплавов:

Бр. С30;   АК 4;   ШХ6;   У7;   Б83;   Р18;   БН;   БСт5;   Бр.ОЦС 5 – 5 – 5;   АСЧ – 1; Б16;   ШХ15;   БК;   БСт6;   БТ;   Т15К6

Итоговый контроль

Вариант 1

1. Укажите основные медные руды
2. Какой металл превосходит медь по электропроводности?
3. Как влияет на свойства латуней процентное содержание цинка?
4. Какие бронзы относятся к оловянным?
5. Какой химический состав имеют бронзы:

Бр.ОФ 10 – 1;     Бр.ОЦСН 3 – 7 – 5 - 1?

6. Какие преимущества и недостатки алюминиевых бронз по сравнению с оловянными?
7. Назовите основные компоненты дюралюминиевых сплавов
8. Как маркируется алюминий? Приведите примеры.
9. Применение алюминия  и алюминиевых сплавов.

10. Назовите некоторые марки магниевых деформируемых сплавов и укажите их назначение.

11. Какой сплав легче: МА1 или Д16?

12. Удельный вес и температура магния
13. Охарактеризуйте важнейшие свойства титана
14.  Как влияют примеси на механические свойства титана?
15.  Охарактеризуйте марки цветных металлов и сплавов:

     М4;    ЛА67 – 2,5;    ЛМцОЖ 55 – 3 – 3 – 1;     Бр.ОФ 10 - 1;     МА2;  

     МЛ5;   А99;   ВТ10;   ОТ4

Вариант 2

1. Укажите основные алюминиевые руды
2. Укажите основные свойства алюминия
3. Почему из меди марки М4 не изготавливают проводников электрического тока?
4. Что такое черновая медь?
5. Какой сплав называется латунью?
6. Различие между простыми и специальными латунями
7. С какой целью к оловянным бронзам добавляют цинк?
8. Какой химический состав имеют латуни:

ЛАН 59 – 9 – 2;  ЛМцОС 58 – 2 – 2 – 2?

9. Как маркируется медь? Приведите примеры.

10. Применение титана и титановых сплавов

11. Назовите некоторые марки магниевых литейных сплавов и укажите их назначение

12. Какой сплав легче: ВТ4 или Л68?

13. Почему магний не находит применение как конструкционный материал, а сплавы на его основе широко применяются в технике?
14.  В каких средах титан и его сплавы устойчивы против коррозии?
15.  Охарактеризуйте марки цветных металлов и сплавов:  М1;  ВТ4;  ЛО70 – 1;   Л96;   МА1;   Бр.КН 1 - 3;  А85;   МЛ3;   ВТ6

Вариант 3

     1. Укажите основные титановые руды

1. Укажите основные свойства магния
2. Какой сплав называется бронзой?
3. С какой целью к оловянным бронзам добавляют свинец?
4. Какой химический состав имеют бронзы:

Бр.ОЦС 4 – 4 – 17;     Бр.Б2?

5. Какие латуни называются простыми?
6. Как подразделяются магниевые сплавы по назначению?

8. Как маркируются магниевые сплавы? Приведите примеры.
9. Применение меди и медных сплавов.

10. Назовите некоторые марки алюминиевых деформируемых сплавов и укажите их назначение.

11.  Какой сплав легче: ОТ4 или М1?
12.  Удельный вес и температура титана
13. Укажите основные недостатки титана и титановых сплавов
14.  Какие легирующие компоненты для цветных сплавов вы знаете?
15.  Охарактеризуйте марки цветных металлов и сплавов:

     М3;   В95;   ЛА67 – 2,5;   Бр.А5;   МА3;   МЛ4;   А7;   ВТ3;   Л68

Вариант 4

1. Укажите основные свойства меди
2. Укажите химический состав бронзы и латуни
3. Почему из меди марки М3 не изготавливают проводников электрического тока?
4. Что означают антифрикционные свойства?
5. С какой целью к оловянным бронзам добавляют фосфор?  
6. Различие между простыми и специальными бронзами
7. Что необходимо сделать с дюралюминиевыми сплавами, чтобы у них повысить механические свойства и коррозионную стойкость?
8. Какой химический состав имеют латуни:  ЛАЖ 60 – 1 – 1л;     Л85?
9. Как маркируются титановые сплавы? Приведите примеры.

10. Какой сплав называется дюралюминием?

11. Назовите некоторые марки алюминиевых литейных сплавов и укажите их назначение

12. Какой сплав пластичнее: ВТ10 или Д16?

13. Почему специальные бронзы шире применяются в технике, чем оловянные?
14.  Удельный вес и температура плавления алюминия

15. Охарактеризуйте марки цветных металлов и сплавов: ВТ8;  М2;

ЛАН59 – 3 - 2;  Л90;  ОТ4;   МА4;   Бр.ОФ 6 – 0,4;   МЛ1;   А95          

Литература

1. Кузьмин В.А. и др. «Металлургия, металловедение и конструкционные материалы», М., Высшая школа; 1977 г.

2. Никифоров В.М. «Технология металлов и конструкционные материалы», Высшая школа, 1980 г.

3. Арзамасов Б.Н. «Материаловедение», 1976 г.

4. Самохоцкий А.И., Кунявский М.Н. «Металловедение», 1980 г.

5. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И., Кузнецова Т.Н. «Металлургия. Металловедение. Конструкционные материалы», 1986 г.

6. под ред. Усовой Л.Ф. «Технология металлов и материаловедение», 1988 г.

7. Приданцев М.В., Давыдова Л.Н., Тамарина И.А. «Конструкционные стали» Справочник. Москва «Металлургия», 1980 г.

8. Пейсахов А.М., Кучер А.М. «Материаловедение и технология конструкционных материалов» Издательство Михайлова В.А.,

         2005 г.